杂环化合物→低值副产品
反应器的选型
1反应器的分类 形状：管式、釜式、塔式 换热方式：等温、绝热、非等温非绝热 反应物系的相态：均相、非均相（气固、气液、气液固） 2反应器选型的方法 形态分析法：对一个问题的各个部分的所有可能方案进行分 析和评价，用逻辑结构代替随机的想法，从而筛选出最佳方 案。 过程分为二步
正己烷
06
蒸汽
正己烷 02
FIC
M01
V03
LIC
05
R01
TIC
03
正己烷 蒸汽
R02
环己酮肟
CWR
07
07
R03
V02
P-02 01
FIC
酸团
04
E01
CW
P-01 P-03
V02
P01
M01
V03
P02 R01 E01 P03 R02
环己酮肟中间槽 环己酮肟进料泵 混合器 环己酮肟溶解槽 循环泵 反应器 冷却器 循环泵 熟化反应器
（2）温度： 提温对反应无利，但利于皂化，可省换热器
（3）丙烯由并联改为串联，增强传质。
（4）溶氯填料塔改为喷射溶氯，降低造价。
（5）加压下溶氯试验（常压下氯丙醇、盐酸水溶液的氯溶解 度偏差较小，加压后可能偏差较大。需要研究人员补充试验 ）
（6）材质试验（尤其温度对腐蚀的影响）
7 中试装置设计 概念设计任务之三，研究有无必要建立中试装置，确定中试 的规模、范围及中试解决的问题和取得的数据。 （1）必要性 气体分布器孔径增大，传质情况发生变化 新材料（氟塑料）、新设备（喷射溶氯）试验 （2）中试装置的地点 （3）中试装置的流程（可用单个循环反应间歇操作） （4）中试规模
主要工艺参数选择（略）
（二）分离过程的合成
分离方案数
A AB
A
ABC
B
A ABC
ABC C
B AB
C A
C B
ABC B B
A
BC
ABC B
C
A
A ABC
ABC
BC C
B C
C
1分离方法选择
探试规则：根据过去的经验和研究对象的热力学性质进行半 定量分析所得的结论。
根据探试规则得出的结论不一定是最佳方案，但是它能大幅 度减少可能的方案数，从而提高设计速度。
（5）填写标题栏，注写图名、图号。
反应式 环己酮肟 浓硫酸
己内酰胺 -H
正己烷
正己烷蒸汽 浓硫酸
环己酮肟中 间槽
环己酮肟 溶解槽
重排反应 器
熟化反 应器
M01
V03
R01 R02
P02
V02 E01
P01 P03
V02
P01
M01
V03
P02 R01 E01 P03 R02
环己酮肟中间槽 环己酮肟进料泵 混合器 环己酮肟溶解槽 循环泵 反应器 冷却器 循环泵 熟化反应器
ⅰⅰ）反应器操作参数的确定
1）温度
a 可逆反应的平衡（吸热或放热）
如：EB Sty + H2 +△H 采用二段反应，温度序列为先低后高
b 考虑反应的选择性（按主付反应活化能的大小）
如
A E1 P
A E2 S
如果E1为主反应的活化能，且 E1﹥E2 则高温有利于主反应
c 温度的限制条件（材质和催化剂的要求）
2现有生产装置情况
放 空
气体循环 压缩机
反应 器
出料
丙烯
溶 氯 器
氯气
3 过程分析和试验 （1）二氯丙烷由氯气与丙烯在气相中直接反应的产物 （2）二氯异丙基醚是串联副产物
要抑制付反应，提高反应的选择性，须阻止氯气与丙烯接触， 降低主产品氯丙醇的浓度。
4 小试流程
水放 空反应器来自放空放空反应器
出 料
O2 硝酸 H2
肟化 重排
(2) 确定各个过程或工序的组成
例如 合成氨工艺中的变换工段
H2, N2, CO CO2及少量惰 性气体
变换反 应
水洗
碱洗
变换反应： CO + H2O
水洗
CO2 + H2O
碱洗
CO2 + NaOH
CO2 + H2 H2CO3 Na2CO3 + H2O
(3) 确定操作条件。
2）压力
a 反应速度 b 反应物料的相态（如气相烃化和液相烃化） c 后续分离的要求（希望水冷后就产生气液两相）
3）组成
a 某一反应物要求很高的转化率 例如 CO + Cl2 → COCl（光气） 二异氰酸酯的原料 要求不含氯，Cl2的转化率100%，采取CO过量 b 产物与反应物分离困难
如C6H6（苯） + H2 → C6H12（环己烷）
以100kmol丙烯进料计，可对两种工艺的可变成本进行计算 ，结果如下：
气相法
液相法
单耗 单价 费用 单耗 单价 费用
丙烯 氯气 电力
0.865 3900 6 1.448 800
417.4 0.65
3376. 6
1158. 4
271.3
0.792 1.325 116.7
3900 800 0.65
3088. 8 1060
74.4
合计
4806.
4223.
对多数化工产品，可变成3 本占生产成本80%2左右，投资折
旧约占10%，且两工艺的皂化工段相同，因此液相法比气
相法总生产成本低10%以上，经济上占优势。
6 流程和工艺参数的改进
概念设计的任务之二，考察小试数据是否齐全，流程、工艺 参数是否可改进。
（1）压力： 加压，利于溶氯
3塔型的选择
板式塔的适用场合： （1）大直径 （2）液体负荷特别小（泡罩塔） （3）脏的物系，须定期清理 （4）有多股侧线进出料 （5）反应精馏，需要一定的停留时间 填料塔的适用场合 （1）要求低阻力 （2）热敏物质（持液量少，停留时间短） （3）发泡系统 （4）腐蚀性介质
例 环氧丙烷过程概念设计
第五章 化工工艺流程设计
一. 工艺流程设计的目的和任务
目的：用图解形式来表达整个生产工艺过程
任务：（1）确定生产工艺流程中各个过程的
具体内容、顺序和组织形式。 （2）绘制工艺流程图。
要求（1）确定整个流程的组成
例如 合成氨生产工艺
煤或油 水蒸气
造气
变换
铜洗
己内酰胺生产工艺
合成
苯 加氢 H2
氧化
羟胺
b 若回收的冷量或热量可利用，取常规R/Rmin的高限。 c 对于产品纯度极高的精密精馏，取较大R/Rmin值（因为
R/Rmin较小，塔板数急剧增加）
3）产品纯度和回收率
（正确选定产品的纯度有重大的经济意义）
(4) 确定控制方案。
a 离心泵的流量控制
FRC
PI
FRC
PI
b 液位控制
LIC
溢流控制液面
100.0
密度 kg/cm3
粘度mpa.s
966.1 4.35
648.0 0.26
03 Kg/h %wt 90.00 15.0 0.10 0.02
04 Kg/h %wt
86.71 23.11
0.04 41.67 105.7
0.01 11.12 28.21
510.0 0.03
84.98 0.00
68.51 60.00 11.89 0.34
几个名词定义：
分配系数：在平衡状态下某组分在轻相与重相中分子分数的比
分离因子：两个组分分配系数的比例
质量分离剂和能量分离剂：加到分离单元，对所需要的分离做出贡献
的组分
次序表：进料各组分按照分配系数递减的次序所排列的表
关键组分：决定分离要求的两个组分
选择分离方法的探试规则：
（1）选择具有大的分离因子的分离过程
1过程简介 主反应
Cl2 + H2O → HCl + HClO HClO + C3H6→ ClC3H6OH 副反应 C3H6 + Cl2→ C3H6Cl2 ClC3H6OH + C3H6 + Cl2 → HCl+ (C3H6Cl)2O （二氯异丙基醚) 皂化反应 2ClC3H6OH + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2O + 2C3H6O
反应器
Cl2 C3H6
循环泵
循环泵
循环泵
5 对小试数据的初步评价 已知条件 （1）气相法丙烯选择性86%
液相法---------------94% （2）皂化反应选择性99% （3）精馏塔PO回收率99.5% （4）循环气组成C3H6 30%, C3H8 70% （5）丙烯进料组成C3H6 99.5% C3H8 0.5% （6）循环比（循环气比丙烯进料）7.5 （7）丙烯价格3900元/吨 （8）氯价格800元/吨 （9）电价格0.65元/kw.h
2分离序列的确定
探试合成法、调优合成法、最优化算法合成法
探试法有以下几条原则：
a 应把关键组分的相对挥发度最接近于1的最困难分离放在 最后。
b 根据汽液平衡常数的大小进行排列，把轻组分逐个脱除 ，即采取顺序流程。
c 应首先把混合物分成分子数接近的两股流。
d 对于回收率要求高的分离应放在最后。
e 对于容易造成系统腐蚀或结焦的组分应首先除去，以降 低后续设备的材质要求，保持稳定操作。
18.28 16.01 3.17 0.09
600.1 39.30 2.31 668.5
100.0
374.8 100.0 71.0 2.01 1061.0
出料控制液面
FC LIC
进料控制液面